Download Dispositivo eletrônico com sensor de distância para

CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA -UniCEUB
CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO
GABRIEL SANTOS DE FREITAS
DISPOSITIVO ELETRÔNICO COM SENSOR DE DISTÂNCIA PARA AUXÍLIO NA
APRESENTAÇÃO DE DATASHOW DE DOCUMENTOS EM AMBIENTE
VIRTUAL
Orientadora: MSc. Maria Marony Sousa Farias Nascimento
Brasília
Junho, 2011
GABRIEL SANTOS DE FREITAS
DISPOSITIVO ELETRÔNICO COM SENSOR DE DISTÂNCIA PARA AUXÍLIO NA
APRESENTAÇÃO DE DATASHOW DE DOCUMENTOS EM AMBIENTE
VIRTUAL
Trabalho apresentado ao Centro
Universitário
de
Brasília
(UniCEUB) como pré-requisito
para a obtenção de Certificado de
Conclusão de Curso de Engenharia
de Computação.
Orientadora: MSc. Maria Marony
Sousa Farias Nascimento.
Brasília
Junho , 2011
GABRIEL SANTOS DE FREITAS
DISPOSITIVO ELETRÔNICO COM SENSOR DE DISTÂNCIA PARA AUXÍLIO NA
APRESENTAÇÃO DE DATASHOW DE DOCUMENTOS EM AMBIENTE
VIRTUAL
Trabalho apresentado ao Centro
Universitário
de
Brasília
(UniCEUB) como pré-requisito
para a obtenção de Certificado de
Conclusão de Curso de Engenharia
de Computação.
Orientadora: MSc. Maria Marony
Sousa Farias Nascimento.
Este Trabalho foi julgado adequado para a obtenção do Título de Engenheiro de Computação,
e aprovado em sua forma final pela Faculdade de Tecnologia e Ciências Sociais Aplicadas FATECS.
______________________________________
Prof. Abiezer Amarilia Fernandez
Coordenador do Curso
Banca Examinadora:
______________________________________
Prof. Maria Marony, Mestre em Engenharia Elétrica
Orientadora
______________________________________
Prof. Luis Cláudio Lopes de Araújo, Mestre em Matemática Pura
Instituição
______________________________________
Prof. Thiago de Miranda Leão Toríbio, Mestre em Física Teórica
Instituição
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela Sua eterna e constante presença em nossas vidas, nos protegendo e
abençoando.
A minha família, meu pai Octávio, minha mãe Mariângela, minha irmã Carolina, meus
familiares e minha namorada Nathália, por todo apoio, carinho, cuidado, paciência,
compreensão e atenção que eu poderia precisar e desejar.
Aos meus amigos, que sempre estiveram comigo desde o ensino fundamental e médio,
pela amizade, companheirismo e atenção.
Aos meus novos amigos de faculdade que entraram junto comigo, em especial ao
Alcides Rafael, Bruno Passos, Guilherme Silva, Gustavo Suzukawa, Jean Matheus, Rafael
Alfarone e Samyr Alves e às minhas amigas Camilla Cristine, Vanessa Miranda. Também aos
meus amigos de faculdade Leonardo Lima, Vinicius Tonhá, Thiago Alencar, Marco Aurélio,
Reinaldo Oliveira por toda ajuda e amizade nesses cinco anos de faculdade. Ao aluno José
Carlos que sempre apoiou e ajudou no laboratório.
Ao meu amigo Guilherme da Costa Silva pela criação de alguns desenhos nas
ferramentas VISIO e AutoCAD.
À minha orientadora, professora Maria Marony Sousa Farias, pela orientação, atenção
e conhecimentos indispensáveis na realização e conclusão deste trabalho.
Aos meus professores pela orientação, ensinamentos e ajuda e principalmente pelo
conhecimento indispensável para a minha formação. Agradecer também aos professores Luis
Cláudio, Thiago e Javier pelas orientações na banca e no projeto final.
“A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao seu tamanho original.”
Albert Einstein
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................ 8
LISTA DE TABELAS ......................................................................................................... 10
RESUMO ............................................................................................................................ 11
ABSTRACT ........................................................................................................................ 13
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO ......................................................................................... 14
1.1 – Motivação e Posicionamento ....................................................................................... 14
1.2 – Visão Geral do Projeto ................................................................................................ 15
1.3 – Objetivo do Trabalho ................................................................................................... 16
1.4 – Estrutura da Monografia.............................................................................................. 17
CAPÍTULO 2 – CENÁRIO ATUAL .................................................................................... 18
2.1 – Contexto Geral do Problema........................................................................................ 18
2.2 – Tecnologias Existentes ................................................................................................ 19
CAPÍTULO 3 – REFERENCIAL TEÓRICO E TECNOLÓGICO ....................................... 21
3.1 – Sensor ......................................................................................................................... 21
3.1.1 – Sensores Ópticos ............................................................................................... 22
3.1.2 – Sensores Ópticos por Retrorreflexão ................................................................. 22
3.1.3 – Sensor Infravermelho de Distância SHARP GP2D120........................................ 23
3.2 – Microcontroladores ..................................................................................................... 29
3.2.1 – Microcontrolador ATmega328P ............................................................................ 29
3.2.2 – Placa Arduino Duemilanove .............................................................................. 30
3.3 – Conexão USB .............................................................................................................. 31
3.4 – Software Gobetwino .................................................................................................... 31
3.5 – Programação Wiring.................................................................................................... 36
CAPÍTULO 4 – MODELO PROPOSTO ............................................................................. 37
4.1 – Apresentação do Modelo Proposto .............................................................................. 37
4.2 – Diagrama Esquemático do Protótipo do Projeto .......................................................... 38
4.3 – Hardware e Software do Modelo Proposto .................................................................. 41
4.3.1 – Configuração do Gobetwino .............................................................................. 41
4.3.2 – Configuração do Gobetwino com Arduino ......................................................... 45
4.3.3 – Conexão do Sensor ao Microcontrolador ........................................................... 47
4.3.4 – Calibração do Sensor em Programação .............................................................. 48
4.4 – Execução do Processo ................................................................................................. 49
4.4.1 – Funcionamento do Sensor junto ao LED do microcontrolador ........................... 49
4.4.2 – Funcionamento do Sensor junto ao Sistema ....................................................... 50
4.4.3 – Análise dos Valores do Vetor ............................................................................ 53
4.4.4 – Envio do Comando ao Computador ................................................................... 56
CAPÍTULO 5 – APLICAÇÃO DO MODELO PROPOSTO ................................................ 58
5.1 – Aplicação do Protótipo Proposto ................................................................................. 58
5.2 – Descrição da Aplicação do Protótipo ........................................................................... 58
5.3 – Resultados do Projeto .................................................................................................. 59
5.3.1 – Resultados Esperados ........................................................................................ 59
5.3.2 – Resultados Obtidos ............................................................................................ 60
5.3.3 – Comparação entre Resultados Esperados e Obtidos ........................................... 62
5.4 – Custos do Projeto ........................................................................................................ 62
CAPÍTULO 6 – CONCLUSÃO ........................................................................................... 65
6.1 – Conclusões Acerca do Projeto ..................................................................................... 65
6.2 – Sugestões de Futuros Projetos ..................................................................................... 67
REFERÊNCIAS................................................................................................................... 68
APÊNDICE A...................................................................................................................... 70
APÊNDICE B ...................................................................................................................... 75
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - Esboço do suporte que serve para alocar os componentes e conectá-los. ........... 15
Figura 2.1 - Aparelho Logitech Professional Presenter R800 ............................................... 19
Figura 2.2 - Aparelho RF Wireless Laser Pointer Presentation Device ................................. 20
Figura 3.1 - Sensor Óptico por Retrorreflexão ...................................................................... 23
Figura 3.2 - Sensor de Distância com feixe refletido ............................................................. 23
Figura 3.3 - Área ativa (Active Detector Area) que receberá o posição do ponto luminoso e
passará para um processador ................................................................................................ 24
Figura 3.4 - Sensor SHARP GP2D120.................................................................................. 25
Figura 3.5 - Diagrama de blocos do sensor. .......................................................................... 25
Figura 3.6 - Dimensões do sensor. ........................................................................................ 26
Figura 3.7 - Pinos de conexão do sensor ............................................................................... 26
Figura 3.8 - Relação da tensão de saída pela distância ........................................................... 28
Figura 3.9 - Placa Arduino Duemilanove com ATmega328P ................................................. 30
Figura 3.10 - Tela inicial do Software Gobetwino.................................................................. 33
Figura 3.11 - Abas adjacentes à aba Setting da tela inicial do Software Gobetwino, Mail e
Serial Port. .......................................................................................................................... 33
Figura 3.12 - Aba Commands da tela inicial do software Gobetwino. .................................... 34
Figura 4.1 – Processos necessários para funcionamento do sistema. ...................................... 37
Figura 4.2 - Ilustração do diagrama esquemático do projeto físico. ....................................... 38
Figura 4.3 - Comparação dos valores sem o objeto e com o objeto em uma posição fixa,
respectivamente.................................................................................................................... 39
Figura 4.4 - Comparando os valores de um objeto a uma distância inicial e uma final
respectivamente.................................................................................................................... 40
Figura 4.5 - Tela inicial do Gobetwino e a aba Serial port da aba principal Settings. .............. 42
Figura 4.6 - Aba Commands, para a criação e configuração de um comando. ........................ 43
Figura 4.7 - Aba Commands configurada para abrir um Power Point .................................... 44
Figura 4.8 – Ilustração do IDE, com um trecho do código a ser compilado no
microcontrolador .................................................................................................................. 46
Figura 4.9 - Ilustração de um diagrama esquemático que mostra a comunicação com o botão
de reset e o upload comum. .................................................................................................. 47
Figura 4.10 - Ilustração da IDE da sobre o trecho do código referente a calibração do sensor
de distancia me relação a barreira de segurança..................................................................... 48
Figura 4.11 - Ilustração de um feixe infravermelho saindo do sensor de distância e sendo
refletido na barreira de segurança. ........................................................................................ 50
Figura 4.12 - Ilustração sobre o processo de armazenagem dos valores no vetor. .................. 51
Figura 4.13 - Ilustração sobre o posicionamento de um objeto em três posições diferentes e a
tendência do movimento ....................................................................................................... 53
Figura 4.14 - Ilustração da IDE com o código responsável por analisar os valores armazenados
para tendência do movimento ............................................................................................... 54
Figura 4.15 - Ilustração da IDE sobre o trecho do código na qual o comando é enviado ao
computador para avançar ou retroceder slides. ..................................................................... 56
Figura 5.1 - Ilustração do kit iniciante do Arduino Duemilanove ........................................... 63
Figura 5.2 - Figura ilustrativa sobre os sensores infravermelhos de distancia. Primeiramente o
sensor SHARP GP2Y0A02YK e segundo SHARP GP2D120 ................................................. 63
Figura 5.3 - Figura ilustrativa sobre o cabo JST de três pinos para o sensor .......................... 64
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 - Especificações Eletrônicas do Sensor ................................................................ 27
Tabela 3.2 - Tabela contendo algumas Keystrokes juntamente com sua sintaxe ..................... 35
Tabela 3.3 - Tabela contendo algumas Keystrokes especiais juntamente com sua sintaxe ....... 36
Quadro 5.1 - Quadro referente ao custo do projeto juntamente com a comparação entre o
projeto e um produto do mercado......................................................................................... 64
RESUMO
Neste projeto, é apresentada uma proposta de criação de um dispositivo eletrônico para
auxiliar a exposição/apresentação de slides por meio do projetor multimídia. Este dispositivo
tem o objetivo de dinamizar a exibição evitando que o apresentador interrompa a explicação
para mudar o slide. Para isso, o protótipo construído, utiliza o movimento da mão do
apresentador na frente do sensor para avançar ou voltar os slides. Este protótipo conta com
um sensor infravermelho de distância, o software gratuito Gobetwino e o microcontrolador
Arduino com ATmega328p. Para seu funcionamento, o sensor de distância utiliza um feixe de
infravermelho para medir a distância. O software gratuito Gobetwino é responsável pela
comunicação entre Arduino e o computador. Por fim, o slide apresentado no computador é
avançado ou recuado, dependendo da direção que a mão segue em frente ao sensor.
Palavras-Chave:Sensor infravermelho de distância, apresentação de slides.
ABSTRACT
In this Project is proposing the creation of an electronic device that is capable of
assisting people in a datashow presentation. This device has the objective to make the
presentation easier to explain because the presenter won´t need to stop the presentation to
change the slides. For this, the created prototype, use the movement of the presenter´s hand in
front of a infrared sensor to forward or rewind the current slide. This prototype is composed
by a infrared sensor of distance, a software Gobetwino and a microcontroller Arduino with
ATmega328p for its perfect operation. The infrared sensor uses a infrared laser to measure the
distance. The Gobetwino is responsible for the communication between Arduino and the
computer. At the end, the slide shown in computer will be forward ou rewind depending of the
direction that the presenter´s hand do in front of the sensor.
14
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO
1.1 – Motivação e Posicionamento
A realização deste projeto possui duas motivações básicas: a primeira se deve à
observação de professores durante uma apresentação de slides na aula, na qual, esses fizeram
movimentos na tela de projeção, simulando um avançar de slides. Essa observação foi
motivadora pelo fato de não ser possível realizar essa função, de passar slides, sem um
controle remoto ou um dispositivo que captasse o movimento da mão. A segunda motivação
se deve ao fascínio do autor por novas tecnologias, nas quais o usuário não tem em posse
algum dispositivo físico para executar uma tarefa. (Ex. Projeto Natal da Microsoft Kinect).
Esta forma de apresentar slides elimina a necessidade de o apresentador ter que a todo
momento ir até o computador, que é o repositório da apresentação, para avançar ou voltar o
slide o que facilita e dinamiza a apresentação em um projeto multimídia (Datashow).
Com o intuito de amenizar este problema de deslocamento até o computador para
avançar ou retroceder slides, este projeto propõe a construção de um dispositivo eletrônico
que faça a leitura do movimento da mão ou de um objeto qualquer em frente ao sensor e
informe ao computador se o mesmo deve avançar ou retroceder slides. Neste dispositivo, a
leitura do movimento é feita por um sensor infravermelho de distância responsável por lançar
um feixe infravermelho. Quando esse feixe é interrompido pela mão do apresentador, ele se
reflete no sensor, que mede as várias distâncias do movimento e o programa compilado no
Arduino com ATmega328p interpreta a leitura do sensor e envia ao computador, por meio do
software gratuito Gobetwino, o comando necessário para avançar/retroceder slides.
Este projeto se restringe a mostrar essa solução em forma de protótipo, pois o custo
do sensor e do microcontrolador ultrapassa os valores de um controle-remoto que faz a função
de avançar ou voltar slides.
15
1.2 – Visão Geral do Projeto
O projeto simula um dispositivo que auxilia na apresentação de slides para exibição
em datashow. Na Figura 1.1 é apresentado o dispositivo eletrônico do projeto e o seu
posicionamento durante a apresentação.
Figura 1.1 – Esboço do suporte que serve para alocar os componentes e conectálos. (Fonte: AutoCad, 2011)
1-
A parte número um (1), é destinada ao suporte (5 x 9cm) do sensor
infravermelho de distância SHARP GP2D120.
2-
A parte número dois (2), é destinada ao suporte (8 x 11cm) do
microcontrolador Arduino ATmega328p Duemilanove, na qual este está conectado ao sensor
de distância e ao computador.
3-
A parte número três (3), é destinada ao suporte da barreira de segurança para a
calibração do sistema. Esse suporte é composto por duas placas fixas (2 x 2cm e 2 x 5cm),
separadas por 2 mm, permitindo alocar uma folha de papel,.
4-
A parte número quatro (4), é destinada ao corredor (15 x 3cm) que liga o
suporte do microcontrolador e do sensor à barreira de segurança.
5-
A parte número cinco (5), é destinada a um corredor secundário (13 x 2cm)
fixado diretamente ao suporte da barreira de segurança que permite alongar o corredor.
16
1.3 – Objetivos do Tabalho
O objetivo geral deste trabalho é apresentar um protótipo de um dispositivo
eletrônico, utilizando um sensor infravermelho de distância, que é responsável por transmitir a
informação de avançar/retroceder slides ao computador. Este dispositivo utiliza um
movimento da mão em frente ao sensor para que este consiga captar se o movimento se
aproxima ou se afasta dele. Este procedimento provê as informações necessárias para avançar
ou voltar o slide. Para que este dispositivo consiga realizar a leitura do movimento e transmita
a informação correta para o computador, é necessário que algumas tarefas sejam executadas:
- desenvolver um código, em uma linguagem própria do microcontrolador Arduino
com ATmega328p, linguagem Wiring, para que este receba as informações passadas pelo
sensor de distância e realize um tratamento dessas informações e passe para o computador o
comando correto;
- implementar no Arduino um sensor infravermelho de distância, ou seja, conectar o
sensor nas portas analógicas do microcontrolador a fim de prover energia e comunicação entre
ambos, para a captura do movimento da mão pelo sensor;
- calibrar a distância limite de leitura do sensor infravermelho para que apenas os
movimentos capturados, entre o sensor e a barreira de segurança, sejam tratados e utilizados
no código compilado Arduino;
- configurar no software Gobetwino a apresentação que será exibida para que esta
receba as informações passadas pelo microcontrolador ao Gobetwino;
- executar o software Gobetwino logo após o update do código no microcontrolador e
pressionar o botão de reset presente no microcontrolador, para que o Gobetwino faça a leitura
da mesma porta serial utilizada pelo Arduino, para que haja conexão do microcontrolador com
o computador e a passagem de comandos.
17
1.4 – Estrutura da Monografia
Além deste capítulo composto de introdução e objetivos, esta monografia está
estruturada em mais quatro capítulos:
Capítulo 2 – Apresentação do Problema – Neste capítulo é apresentado o contexto
do problema, como ele é tratado atualmente, as soluções existentes, e como a proposta aqui
apresentada pretende solucionar o problema.
Capítulo 3 – Referencial Teórico e Tecnológico – Neste capítulo é apresentado o
referencial teórico e tecnológico que compõe a teoria que embasa o projeto. Inicialmente, são
descritos os sensores de modo geral. Em seguida, apresenta-se uma visão geral sobre o
microcontrolador Arduino com ATmega328p e sobre o software gratuito Gobetwino.
Capítulo 4 – Modelo Proposto – Este capítulo trata do desenvolvimento e a visão do
projeto, bem como especifica as questões de hardware e software em uma explicação
detalhada bem como a forma de funcionamento.
Capítulo 5 – Análise do Modelo Proposto – Este capítulo trata especificamente da
aplicação, da descrição e dos resultados do protótipo do projeto.
Capítulo 6 – Conclusão – Este capítulo trata especificamente do final do projeto com
suas conclusões e apresentação de propostas para projetos futuros.
18
CAPÍTULO 2 – CENÁRIO ATUAL
2.1 – Contexto Geral do Problema
Constantemente, empresas, faculdades e escolas utilizam apresentações em slides para
transmitir as informações desejadas para seus ouvintes. Com a constante necessidade de
técnicas e tecnologias para dinamizar e sofisticar as apresentações de slides, visando um
aumento na interação com o público alvo, surgem inúmeras tecnologias.
Nos ambientes corporativos, as empresas utilizam apresentações em slides para
vender seus produtos e idéias. Como os executivos precisam convencer seus clientes a
comprarem seus produtos, as apresentações em slides de forma dinâmica provêem bons
resultados, tendo em vista que mantém os clientes atentos. Já no ambiente acadêmico, as
apresentações em slides permitem que o professor utilize informações sucintas para explicar
aos alunos a matéria ministrada.
Um dos problemas verificados no processo de apresentação de slides é que em muitos
casos, o computador que é utilizado para executar os slides não está próximo do local onde a
projeção dos mesmos se encontra. Outro problema é o fato de o apresentador ter de
interromper a apresentação a todo instante que for mudar de slides.
Este processo de
mudança de slide prejudica muito o andamento da apresentação, ocasionando quebra do
raciocínio dos ouvintes e pouco dinamismo da apresentação.
Buscando minimizar esse tipo de problema, este projeto apresenta um protótipo que
tem como base um microcontrolador Arduino com ATmega328p, acoplado a ele um sensor
infravermelho de distância, e a conexão microcontrolador e computador é via USB. O
protótipo construído deve ficar próximo ao apresentador, que para acioná-lo deve passar a
mão no espaço delimitado pelo protótipo na direção correta para avançar ou voltar slides, que
o sistema criado se encarrega de mudar o slide.
19
2.2 – Tecnologias Existentes
Os chamados passadores de slides, ou sliders, são aparelhos utilizados para passar os
slides sem a necessidade de o apresentador ir ao computador e apertar um botão do teclado
para que a apresentação mude de slide. Hoje no mercado, existem produtos prontos que fazem
a função de passadores de slides. Este projeto busca utilizar um sensor de distância
infravermelho no protótipo para realizar essa função. Para exemplificar produtos existentes,
são mencionados dois produtos de diferentes fabricantes que atendem ao problema
apresentado.
A Logitech é uma empresa que foi fundada em 1981 em Apples, Suiça. Ela é uma
empresa focada no desenvolvimento de periféricos. Um dos produtos da Logitech é o Logitech
Professional Presenter R800, figura 2.1. Este produto tem a função de um slider e é do tipo
plug and play e sem fio, na qual um dispositivo USB é acoplado a uma das entradas USB do
computador para fazer a conexão do controle remoto, que fica com o apresentador. Por meio
desse controle é possível avançar ou voltar os slides.
Figura 2.1 – Aparelho Logitech Professional Presenter R800 (Fonte:
<http://www.logitech.com/en-us/mice-pointers/presentation-remote/devices/5873>)
20
A empresa DekCell é uma empresa que trabalha com componentes eletrônicos, dentre
eles, computadores, laptops, câmeras e dispositivos de computadores. Um dos produtos que
satisfaz o problema apresentado neste projeto é o RF Wireless Laser Pointer Presentation
Device, figura 2.2. Esse dispositivo trabalha com a conexão sem fio, plug-and-play, na qual
um dispositivo USB é acoplado a uma das entradas USB para fazer a conexão do controle
remoto, que fica com o apresentador, com o computador.
Figura 2.2 – Aparelho RF Wireless Laser Pointer Presentation Device (Fonte:
<http://www.dekcell.com/product-image.php?pid=3518&img=cpa-1384-black.jpg>)
Apesar de no mercado já existirem produtos que possuem a função de um slider, este
projeto tem por objetivo criar um protótipo que serve para o mesmo propósito. Um outro
aspecto negativo é com relação ao preço, já que para a construção deste protótipo são
necessárias peças caras e o custo de produção deste projeto é bem mais alto do que dos outros
dispositivos. Outra questão é com relação à estrutura de conexão do dispositivo, isto que esse
protótipo é composto de vários componentes que são conectados de forma cabeada, além da
plataforma que é criada para apoiar o dispositivo.
No entanto, este projeto permite que o protótipo também seja utilizado por pessoas
que possuam alguma deficiência física, que impossibilite o manuseio desses aparelhos
existentes no mercado. Por se tratar de um sensor infravermelho de distância acoplado ao
microcontrolador, bastaria que um objeto, de preferência com um alto índice de reflexão e de
baixo índice de refração, se colocasse em frente ao sensor e fizesse um movimento, prédeterminado, para que o dispositivo entendesse se ele deve avançar ou voltar slides.
21
CAPÍTULO 3 – REFERENCIAL TEÓRICO E TECNOLÓGICO
Para que o protótipo proposto pelo projeto alcance o objetivo de um dispositivo
eletrônico que avance ou volte slides pelo movimento da mão, alguns métodos, softwares e
ferramentas são necessários. Para a composição do dispositivo, é necessário um sensor de
distância, especificamente um sensor infravermelho de distância, uma linguagem de
programação para microcontrolador Wiring, um microcontrolador, conexão USB e o software
gratuito Gobetwino. A razão pela qual esses dispositivos foram escolhidos está diretamente
relacionada ao custo e à conexão entre todos os dispositivos necessários para perfeito
funcionamento do projeto.
3.1 – Sensor
Sensor é um termo utilizado para designar dispositivos sensíveis a alguma forma de
energia do ambiente que pode ser luminosa, térmica, cinética, relacionando informações sobre
grandeza que precisa ser medida, como temperatura, pressão, velocidade, corrente, aceleração,
posição, etc. (THOMAZINI).
O sinal de saída de um sensor deve ser manipulado antes de sua leitura no sistema de
controle. Isto geralmente é realizado com um circuito de interface para produção de um sinal
que possa ser lido pelo controlador (THOMAZINI).
22
3.1.1 – Sensores Ópticos
Sensores ópticos são componentes eletrônicos de sinalização e comando que
executam detecção de qualquer material sem que haja contato mecânico entre eles. O princípio
de funcionamento do sensor óptico baseia-se na existência de um emissor e de um receptor. A
luz gerada pelo emissor deve atingir o receptor com a intensidade suficiente para fazer com
que o sensor comute sua saída (THOMAZINI).
O sinal de luz gerado pelo emissor do senso óptico é modulado numa frequência, ou
seja, o emissor gera um sinal com um certo número de lampejos por segundo. O receptor do
sinal do sensor é acoplado a um filtro que somente considera sinais com a mesma frequência
do emissor, essa característica é empregada no sensor óptico para minimizar os efeitos de
possíveis interferências causadas por outras fontes luminosas que não o emissor
(THOMAZINI).
3.1.2 – Sensor Óptico por Retrorreflexão
Nesse tipo de sensor, o emissor e o receptor estão montados no mesmo corpo. Um
feixe de luz é estabelecido entre o emissor e o receptor por intermédio do refletor. O sensor é
ativado quando o objeto interrompe o feixe de luz. O objeto detectado pode deixar passar uma
baixa intensidade luminosa desde que o limiar de detecção seja atingido. Ele também pode
refletir a luz de maneira direta ou difusa, desde que não seja detectada pelo receptor do sensor
com intensidade suficiente para acioná-lo. Por esta razão, objetos muito transparentes, claros
ou brilhantes podem eventualmente não ser detectados por esse tipo de sensor. Caso ocorra
uma falha no emissor, o sensor talvez faça uma interpretação de que o objeto está presente
(THOMAZINI). A figura 3.1 mostra um exemplo do funcionamento de um sensor óptico por
retrorreflexão, na qual é o mesmo princípio utilizada neste projeto.
23
Emissor
Emissor
Receptor
Receptor
Refletor
Sem objeto
Refletor
Com objeto
Figura 3.1 – Figura sobre Sensor Óptico por Retrorreflexão (Fonte: Adaptação
THOMAZINI, Visio 2011)
3.1.3 – Sensor Infravermelho de Distância SHARP GP2D120
O sensor SHARP GP2D120 é o sensor escolhido para compor o dispositivo
eletrônico mencionado nesta monografia. O GP2D120 mede a distância lançando um feixe de
luz infravermelha em um alvo e captando a reflexão com um fotodiodo infravermelho, presente
no receptor, que converte a luz que entra em uma variação de tensão. O detector então reporta
a posição do ponto para o processador na qual determina a distância ou a altura. O tipo de
detector utilizado no projeto é o Position Sensitive Detector (PSD) (FRAUENFELDER).
A figura 3.2 mostra o método de triangulação que ocorre quando o emissor do sensor
de distância envia um feixe de luz, esse feixe é refletido e é recebido pelo receptor.
Figura
3.2
-
Sensor
de
Distância
com
feixe
refletido
(Fonte:
http://www.maxwellbohr.com.br/downloads/robotica/mec1000_kdr5000/tutorial_eletroni
ca_-_aplicacoes_e_funcionamento_de_sensores.pdf)
24
PSD é um tipo especial de fotodetector analógico. Os sensores de triangulação tipo
PSD usam correntes elétricas como informações de saída em cada terminal. Na figura 3.3
mostra o PSD composto pelos terminais X1 e X2, por onde saem as correntes e por uma área
ativa (Active Detector Area) que receberá o posição do ponto luminoso e passará para um
processador. A corrente total de cada terminal é proporcional a posição do ponto no detector.
Se o ponto estiver no meio do detector o valor da corrente nos terminais serão iguais. Se o
ponto sair do centro, as saídas dos terminais também mudarão e a posição do ponto poderá ser
calculada por essa mudança. O valor transmitido ao microcontrolador é fornecido em volts (V)
pelo sensor, na qual, o microcontrolador utiliza um conversor AD para converter o sinal
analógico em digital (SENSORS TRIANGULATION /ANDERSON).
Figura 3.3 – Área ativa (Active Detector Area) que receberá o posição do ponto
luminoso e passará para um processador.
(Fonte: http://archives.sensorsmag.com/articles/0598/tri0598/)
Para este projeto, o valor da distância não é considerado no cálculo projetado para o
microcontrolador. A razão disso é pelo fato de existir uma relação entre a distância e a tensão.
Como a tensão varia de acordo com a distância, é possível utilizar o valor da tensão para saber
se objeto está se aproximando do sensor ou se afastando. A figura 3.4 é composta por duas
imagens do sensor. Na primeira se encontram o emissor e receptor e na segunda a parte de trás
do sensor.
25
Figura
3.4
–
Sensor
SHARP
GP2D120
(Fonte:
http://multilogica-
shop.com/sensor-de-dist%C3%A2ncia-sharp-gp2d120xj00f-4-30cm)
Na figura 3.5, encontra-se o diagrama de blocos do sensor SHARP GP2D120. Este
diagrama mostra de forma generalizada os componentes internos do sensor. Na figura 3.6 se
encontram as dimensões físicas do sensor.
Figura 3.5 – Diagrama de blocos do sensor. (Fonte: DATASHEET)
26
Figura 3.6 – Dimensões do sensor. (Fonte: DATASHEET).
Na figura 3.7, encontra-se a configurações de pinos do GP2D120. O pino1 é o pino
responsável pela saída analógica do sinal processado, ou seja, após a captura do sinal, é função
do pino1 transmitir a informação capturada. O pino2 é o pino que exerce a função de terra. O
pino3 é o pino responsável pelo abastecimento de energia do sensor. (DATASHEET)
Figura 3.7 – Pinos de conexão do sensor. ( Fonte: DATASHEET)
27
O sensor SHARP GP2D120 opera, geralmente, a uma tensão de VCC=5 volts,
podendo esta, sofrer variações e a uma tensão de saída que varia de (-0.3 volts até 0,3 + VCC).
A tabela 3.1 possui as especificações eletrônicas desse sensor de forma mais detalhada,
mostrando as classificações absolutas máximas e tensão operacional necessária para o
funcionamento do sensor.
Tabela 3.1 – Especificações eletrônicas do sensor (Fonte: DATASHEET).
ELECTRICAL SPECIFICATIONS
Absolute Maximum Ratings
Ta = 25°C, V = 5 VDC
PARAMETER
Tensão de Alimentação
Tensão de Saída
Temperatura Operacional
Temperatura Armazenada
Tensão de Alimentação Operacional
RATING
SYMBOL
UNIT
VCC
-0.3 to +7
V
VO
-0.3 to (VCC +0.3)
V
Topr
-10 to +60
°C
Tstg
-40 to +70
°C
VCC
4.5 to 5.5
V
O sensor SHARP GP2D120 trabalha com uma faixa de distância que se estende de 4 a
30 cm, na qual, quando seu pico de tensão de saída se encontra em distâncias menores ele
decresce, em uma curva, a medida em o objeto refletido se afasta do sensor. Na figura 3.8,
encontra-se um gráfico que mostra a relação entre a tensão de saída que é fornecida e a
distância. Neste gráfico também existe um comparativo quanto ao tipo de objeto que foi
refletido pelo feixe infravermelho, se é um objeto cinza ou branco. Neste gráfico fica evidente
o aumento de tensão de saída nas primeiras distâncias, ou seja, quanto mais próximo do
sensor, maior é a sua tensão de saída (DATASHEET).
28
Figura 3.8 – Relação da tensão de saída pela distância. (Fonte: DATASHEET).
Também é possível verificar, na figura 3.8, que o comportamento da curva
equivalente a relação direta da tensão de saída e a distância possui um formato exponencial.
Esse comportamento dificulta a forma de calcular uma distância exata, entretanto a utilização
de uma aproximação linear resolveria essa questão.
29
3.2 – Microcontroladores
A função do microcontrolador, neste projeto, consiste em receber as informações
lidas pelo sensor infravermelho de distância, tratar essas informações com o código
programado e transmitir o comando correto ao computador.
Um microcontrolador, tipicamente, já possui um aglomerado de dispositivos
eletrônicos em um único chip. Esses dispositivos são um microprocessador, que consiste na
Unidade Central de Processamento, a memória ROM (Read Only Memory) e a memória RAM
(Randon Access Memory) (NICOLOSI, 2004).
3.2.1 – Microcontrolador ATmega328P
O ATmega328P é um microcontrolador de 8 bits de baixa potência que é
desenvolvido pela empresa ATMEL. Este microcontrolador de arquitetura RISC trabalha a
uma freqüência de 16MHz. Este microcontrolador possui as memórias Flash, EEPROM e
RAM. O ATmega328P possui 32K Bytes de memória Flash, 1k Byte de memória EEPROM e
2k bytes de RAM. Ele também é composto por catorze portas digitais e seis portas analógicas
(ATMEL, 2011).
30
3.2.2 – Placa Arduino Duemilanove
Uma das razões pela qual se escolheu a placa Arduino Duemilanove é devido ao seu
tamanho de aproximadamente 37,1
(7 x 5,3 cm), e a outra razão é o fato de existir uma
conexão serial que se conecta diretamente a um computador via USB.
A placa Arduino Duemilanove 328P possui entrada e saída (E/S) integrante de uma
plataforma de código aberto. Esta placa possui um ATmega328P como microcontrolador. A
plataforma de programação da placa chamada Arduino Alfa, é uma IDE para o
desenvolvimento de códigos em uma interface amigável para programadores. Para que ocorra
a comunicação com o computador, a placa oferece uma porta USB, na qual, é utilizada tanto
para provimento de energia quanto para transmissão de informação. Esse processo ocorre de
forma paralela (ATMEL).
A placa Arduino, figura 3.9, possuí alguns componentes que são utilizados para
funcionamento do projeto. Um dos componentes é o LED acoplado junto a pino digital 13, um
botão de reset, e os pinos analógicos (ANALOG IN) e os de energia e aterramento (POWER).
Figura 3.9 – Placa Arduino Duemilanove com ATmega328P. (Fonte:
http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDuemilanove)
31
3.3 – Conexão USB
A USB (Universal Serial Bus) tem a particular função de permitir a conexão de muitos
periféricos simultaneamente (pode-se conectar até 127 dispositivos em um barramento USB)
ao barramento e este, por uma única tomada, se conecta à placa-mãe (MONTEIRO).
No caso do projeto proposto, para que a apresentação, que está iniciada no
computador, sofra alteração de avançar ou voltar slides a partir das informações tratadas no
microcontrolador, é necessário que haja conexão do microcontrolador com o computador, que
além de prover energia também seja utilizada para a transmissão de informação. Para esta
conexão, é utilizada a conexão USB.
Uma das razões pela qual foi escolhida a conexão USB é por conta de sua
simplicidade na configuração e manuseio. Por se tratar de uma conexão confiável devido aos
protocolos próprios, possuir compatibilidade com grande parte dos sistemas operacionais,
possuir baixo custo. É importante observar que os computadores, atualmente, possuem várias
portas USB. Outro fator que evidencia o porquê de se utilizar essa conexão é a questão da
placa Arduino Duemilanove só possuir uma entrada e saída de dados via USB. Tendo em vista
estas informações, fica evidente que a conexão USB é a mais indicada para o projeto.
(AXELSON, 2009)
3.4 – Software Gobetwino
Cada componente do projeto possui sua característica própria e sua funcionalidade. O
software Gobetwino é gratuito e é utilizado para agregar ao Arduino com ATmega328p,
funções que o microcontrolador não consegue fazer por conta própria. O Gobetwino pode ser
encontrado no site <http://www.mikmo.dk/gobetwino.html>. O software em questão funciona
como uma espécie de proxy “genérico” (GOBETWINO).
A definição de proxy em ambiente de rede é um aplicativo que é configurado para agir
em benefício da rede atribuída. Quando um aplicativo em execução em um host interno emite
32
uma solicitação de dados para fora da rede, o servidor proxy intercepta a solicitação, converte
e passa-a para a rede-alvo (SCRIMGER).
A razão pela qual o Gobetwino é considerado um proxy “genérico” é pelo fato de ele
ser um aplicativo que intercepta as informações passadas pelo Arduino, interpreta essas
informações e envia os comandos configurados para o computador.
O Gobetwino intercepta as informações através da escuta da porta serial de modo que
os comandos configurados no Arduino são interpretados e passados ao computador. O
Gobetwino faz a função de um driver entre o Arduino e o computador (GOBETWINO).
A seguir, algumas funções que o Gobetwino é capaz de executar:
 iniciar um programa no computador;
 iniciar um programa e esperar até que ele se encerre;
 enviar um dado a qualquer programa do Windows, como se fosse um teclado;
 enviar um e-mail;
 realizar um download de um arquivo da internet;
 realizar um ping de um host ou um endereço IP (GOBETWINO).
O Gobewino necessita de certos requisitos recomendados pelo manual do usuário.
Esse software foi desenvolvido para trabalhar, unicamente, com plataforma Windows e requer
o Microsoft .net 2.0 instalado. Esse software foi criado e testado no sistema operacional da
Microsoft Windows XP ServicePack 3 e ainda não foi testado nos sistemas operacionais
Windows Vista e Windows 7. A interface de comunicação que o Gobetwino utiliza com o
usuário é uma interface gráfica.
Na aba Setting é possível configurar a porta serial e configurar conta de email. Na
aba Commands é possível configurar, dentre os comandos prontos, aquele comando que
melhor satisfaz as necessidades do projeto. Na tela inicial do Gobetwino, é possível verificar o
quê, exatamente, o código programado no Arduino está executando, juntamente com os
comandos programados no microcontrolador.
A figura 3.10 mostra a tela inicial do Gobetwino, na qual a string de comando TESTE
é ativada para que se abra o documento do Power Point configurado neste comando. A figura
33
3.11 é composta de duas imagens que são abas adjacentes a aba Setting. Essas abas são Mail e
Serial Port.
Figura 3.10 – Tela inicial do Software Gobetwino. (Fonte: Autor).
34
Figura 3.11 – Abas adjacentes à aba Setting da tela inicial do Software
Gobetwino, Mail e Serial Port. (Fonte: Autor).
A figura 3.12 mostra a terceira aba da tela inicial do Gobetwino que é referente à aba
Commands. Nesta terceira aba ocorre a configuração de vários comandos padrão que possuem
diversas funções. O comando SPRID, em específico, é um exemplo de comando configurado
com o nome ABREPPT.
O SPRID é um tipo de comando que inicia um programa no computador, na qual, o
Gobetwino utiliza um identificador para esse programa. Esse identificador pode ser colocado
no programa do Arduino para que este envie atalhos de teclas, por exemplo, Page up, Page
down e F8. O comando SPRID possibilita iniciar qualquer arquivo executável, como por
exemplo, (.exe), (.bat) ou (.cmd). Este comando também permite que se execute um arquivo
de extensão (.txt), por exemplo, e com isso abre um editor de texto como o Notepad.
(GOBETWINO).
A sintaxe que serve para iniciar o programa no Arduino que é fornecida pelo manual
do usuário do Gobetwino, esta disposta conforme apresentado a seguir.
Serial.println("#S|NAME|[]#");
No caso deste projeto, o programa que é executado é a própria apresentação, em
Power Point, que recebe os comandos para avançar ou voltar slides.
35
Figura 3.12 – Aba Commands da tela inicial do software Gobetwino. (Fonte:
Autor).
Esse comando de avançar ou retroceder slides necessita de um comando chamado
SENDK. O SENDK é um dos comandos especiais do Gobetwino que não possuem parâmetros
internos. Este comando tem a capacidade de simular o envio de uma tecla de um teclado de
computador ao programa iniciado pelo comando SPRID. Com isso o programa iniciado irá
reagir a essa tecla pressionada alterando seu estado atual. O SENDK é considerado um
comando com um privilégio alto, pois consegue, literalmente, controlar a maioria dos
programas do Windows (GOBETWINO).
A sintaxe que serve para enviar uma chave ou comando de um teclado, por exemplo,
é fornecida pelo manual do usuário do Gobetwino, na qual o PID é o identificador que foi
colocado no programa executado pelo SPRD, que permite que o Arduino envie a informação e
o keystrokes to send é a string com informação da suposta tecla pressionada. A tabela 3.2
mostra as chaves e seus respectivos argumentos necessários para a construção desta sintaxe.
Serial.println("#S|SENDK|[PID&keystrokes to send]#")
Tabela 3.2 – Tabela contendo algumas keystrokes juntamente com sua sintaxe.
(Fonte: GOBETWINO).
Key
Argument
Key
Argument
BACKSPACE
{BACKSPACE}, {BS}, or {BKSP}
TAB
{TAB}
BREAK
{BREAK}
UP ARROW
{UP}
CAPS LOCK
{CAPSLOCK}
F1
{F1}
DEL or DELETE
{DELETE} or {DEL}
F2
{F2}
DOWN ARROW
{DOWN}
F3
{F3}
END
{END}
F4
{F4}
ENTER
{ENTER} or ~
F5
{F5}
ESC
{ESC}
F6
{F6}
HELP
{HELP}
F7
{F7}
HOME
{HOME}
F8
{F8}
INS or INSERT
{INSERT} or {INS}
F9
{F9}
LEFT ARROW
{LEFT}
F10
{F10}
NUM LOCK
{NUMLOCK}
F11
{F11}
PAGE DOWN
{PGDN}
F12
{F12}
PAGE UP
{PGUP}
F13
{F13}
36
Na tabela 3.3, se encontram algumas teclas consideradas especiais, pois suas
combinações com as teclas acima permitem diferentes comandos.
Tabela 3.3 - Tabela contendo algumas keystrokes especiais juntamente com sua
sintaxe. (Fonte: GOBETWINO)
Key Argument
SHIFT
+
CTRL
^
ALT
%
3.5 – Linguagem Wiring
Wiring é uma plataforma open source de protótipo eletrônicos composto por um
ambiente de programação (IDE), uma placa prototipo eletrônica e a documentação criada por
designer. Muitos estudantes, pesquisadores e desenvolvedores utilizam a linguagem Wiring
para prototipagem e trabalhos profissionais (WIRING).
A linguagem com as estrutura utilizadas no código criada para o microcontrolador é a
linguagem Wiring e sua estrutura pode ser encontrada em < http://wiring.org.co/reference/ >.
37
CAPÍTULO 4 – MODELO PROPOSTO
4.1 – Apresentação do Modelo Proposto
A proposta deste projeto é criar um dispositivo que avance ou retroceda slides com
um movimento da mão em uma determinada direção. Neste dispositivo são necessários
componentes de hardware e software que atuando de forma conjunta permitem que o
dispositivo funcione corretamente. Para que esta solução seja concluída, alguns passos são
necessários.
A figura 4.1 mostra o processo de funcionamento do dispositivo que se inicia com o
sistema criado a espera de um objeto que interrompa o raio de atuação do sensor. A partir do
momento em que o objeto, ou no caso a mão do usuário, entra neste raio, um valor é obtido
pelo sensor e armazenado, conforme o programa. Na medida em que o objeto avança em uma
direção, novos valores são computados. Quando o código assimila e interpreta todos os
valores, é possível compreender o comportamento do objeto, e com isso o microcontrolador
aciona um comando, que faz parte do código criado, e o software Gobetwino se encarrega de
transmitir a informação ao computador.
Figura 4.1 – Processos necessários para funcionamento do sistema. (Fonte:
Autor)
38
A parte de conexão entre microcontrolador e computador é feita por USB, e por meio
dessa conexão é que o software Gobetwino recebe as informações necessárias para enviar um
comando ao computador para este avançar ou retroceder slides. A figura 4.2 mostra o
processo que se estende desde o sensor até a mundança de slides.
Figura 4.2 – Ilustração do diagrama esquemático do projeto físico. (Fonte: Autor)
4.2 – Diagrama Esquemático do Protótipo do Projeto
No decorrer do processo de montagem, programação e teste, é necessário traçar e
construir um sistema físico que funcione como suporte para a integração de todos os
componentes do projeto.
O projeto é composto, fisicamente, por um microcontrolador e um sensor
infravermelho de distância. Esse sensor, quando em funcionamento, obtém valores diferentes
mesmo que não haja a interrupção de um objeto. Quando um objeto interrompe o raio de
alcance do sensor e permanece parado naquela distância, os valores obtidos pelo sensor sofrem
alterações pequenas entre si, tanto para valores maiores quanto menores. A figura 4.3,
composta de duas figuras que representam, respectivamente, valores calculados pelo sensor
sem objeto e com objeto. Estes valores são exibidos com a utilização do monitor serial da
39
IDE, Arduino Alpha, utilizada para a programação do microcontrolador. Com esta figura é
possível verificar que mesmo com o objeto parado em uma posição, os valores oscilam de
forma não padronizada.
Figura 4.3 – Comparação dos valores sem o objeto e com o objeto em uma
posição fixa, respectivamente. (Fonte: Autor)
A idéia proposta pelo autor para a programação do microcontrolador é a de utilizar a
variação dos valores obtidos pelo sensor em diferentes distâncias e analisar o comportamento
delas em pequenas amostras. Em outras palavras, quando um objeto interrompe o raio de
atuação do sensor, novos valores são encontrados e ficam variando entre si em pequenos
valores.
A partir do momento em que se move o objeto para uma distância maior ou menor, os
valores, nesta nova distância, se alteram consideravelmente em relação a valores obtidos na
distância inicial, mas mesmo assim continuam alterando entre si em pequenos valores. A figura
4.4, é composta por duas imagens que mostram, respectivamente, um objeto mais distante do
sensor e a outra mais próxima do sensor.
40
Figura 4.4 – Comparando os valores de um objeto a uma distância inicial e uma
final respectivamente. (Fonte: Autor)
Os valores obtidos em diferentes distâncias permitem analisar se o objeto se aproxima
ou se afasta do sensor. Baseado nisso é desenvolvido um código para o microcontrolador. No
entanto, as pequenas variações nos valores, que ocorrem quando se tem ou não um objeto
disposto no raio de alcance do sensor, é assimilado pelo código e pela lógica. Esses novos
valores são tratados como se o objeto estivesse se afastado ou aproximado do sensor.
Essas variações que ocorrem implicam ao código criado que está ocorrendo a
movimentação do objeto. Após a análise de uma amostra de valores, o código envia ao
computador o comando necessário e o Gobetwino realiza o processo de enviar um comando
para alterar os slides.
Para evitar esse tipo de problema, é proposto alocar uma barreira de segurança a uma
distância fixa do sensor. A idéia de colocar esta barreira é para evitar que as alterações nos
valores forcem o código criado a avançar ou retroceder slides sem que ninguém realize
nenhum movimento e, principalmente, para traçar um ambiente de ação delimitado pelo sensor
e a barreira. Em outras palavras, criar um limite de atuação para que apenas os valores
encontrados entre o sensor e a barreira sejam de fato utilizados para avançar ou voltar slides.
Para isso é realizado um processo de calibração do sensor para que a maior distância
encontrada em uma amostragem seja o limite de atuação. Após o processo de calibração, não
41
há necessidade de se manter a barreira de segurança, pois o valor máximo calculado é
armazenado em uma variável, fazendo com que qualquer valor que esteja a uma distância
maior que a da barreira seja desconsiderado.
4.3 – Hardwares e Softwares do modelo proposto
Para a consolidação do projeto é utilizado o software gratuito Gobetwino e o código
desenvolvido, pelo autor, para ser utilizado no microcontrolador.
4.3.1 – Configuração do Gobetwino
O processo de funcionamento se inicia com a configuração e conexão entre o
software Gobetwino e o microcontrolador. Após essa configuração é possível utilizar o
protótipo para avançar ou retroceder os slides.
Nesta etapa, abre-se o aplicativo para criar e configurar o nome do comando e o
documento que deve ser apresentado. Para isso é necessário acessar a aba Setting e em seguida
a aba Serial port. A figura 4.5 mostra a tela inicial e a tela Setting do Gobetwino.
42
Figura 4.5 – Tela inicial do Gobetwino e a aba Serial port da aba principal
Settings. (Fonte: Autor)
Na aba Serial port é configurado a porta serial e Bound rate que possui a configuração
padrão 9600. A porta serial configurada é a COM5, e essa porta serial varia de acordo com o
microcontrolador. Essa é a porta serial padrão que a Arduino utiliza para realizar conexão
com o computador. A razão pela qual a porta COM5 é utilizada, ao invés de outra porta
serial, para configurar o Gobetwino é o fato de que o Gobetwino funciona como um
intermediador entre o microcontrolador e o computador para realizar certas funções, ou seja,
para que esse software consiga transmitir a informação desejada, é necessário que ele fique
escutando a porta serial COM5, que é a porta de saída do microcontrolador, a espera de um
comando transmitido pelo microcontrolador que faça com que ele mande um comando para o
computador. Esse comando é passado direto para um aplicativo que é configurado nele, como
por exemplo, uma apresentação em Power Point, um documento do Word, um bloco de notas,
dentre outros (GOBETWINO).
43
Um ponto importante a ser tratado sobre a conexão é a forma como o Gobewino
entende o comando passado pelo Arduino. Dentro do programa compilado e gravado no
microcontrolador é necessário colocar um comando que faz parte da linguagem Wiring que é o
Serial.println(). A partir dessa linha de código e o que está configurado dentro dos parênteses,
que o Gobetwino interpreta e processa a informação e a manda para o computador
(GOBETWINO).
Após a configuração da porta serial, é necessário criar um comando e associar o
mesmo a um aplicativo. A criação de comando e configuração é feita na aba Commands, figura
4.6, que se encontra da janela principal do Gobetwino.
Figura 4.6 – Aba Commands, para a criação e configuração de um comando.
(Fonte: Autor).
Na aba New command é que se escolhe um dos comandos que são padrões que
vieram pré-programados. Estes comandos são:
- SPRID – Inicia um programa do Windows;
- DLFIL – Realiza download de um programa;
- SPWEX – Inicia um programa e esperar pelo término do mesmo;
- RFLIN – Lê a linha de um arquivo;
44
- LGFIL – Realiza log de arquivos;
- CPFIL – Copia um arquivo;
- SMAIL – Envia um e-mail;
- PING – Realiza um comando de ping. (GOBETWINO)
Para o protótipo deste projeto, é necessário apenas o comando SPRID. Este comando
tem a função de iniciar um programa e permanecer com ele aberto a espera de comandos para
alterações no mesmo. Por se tratar de um protótipo de um slider, ou seja, de um dispositivo
para avançar ou retroceder slides, basta enviar à apresentação os atalhos padrões utilizados
nos teclados convencionais para alterar os slides. Geralemente, algumas teclas, de um teclado
comum de computador, quando pressionadas, como o Page Down e Page Up, permitem que
um programa, em Power Point, por exemplo, avance e retroceda slides.
A figura 4.7 mostra o comando SPRID sendo configurado no Gobetwino, juntamente
com um arquivo do Power Point. No parâmetro Program path, é necessário colocar o
caminho do arquivo que se deseja executar. No paramento Cmd line args coloca-se qualquer
argumento que se deseje passar ao programa iniciado (GOBETWINO).
Figura 4.7 – Aba Commands configurada para abrir um Power Point. (Fonte:
Autor)
45
Para que o programa configurado no Gobetwino seja alterado tendo como base as
informações passadas pelo microcontrolador, basta colocar o comando Serial.println() no
código do microcontrolador.
A linha do código utilizado no microcontrolador para este projeto para iniciar a
apresentação é:
Serial.println("#S|ABREPPT|[]#");
Para que sejam enviados comandos para o programa aberto é necessário colocar,
dentro desses parênteses, um comando chamado SENDK, anteriormente mencionado.
Abaixo, está a linha do código utilizado no microcontrolador para enviar o comando
de retroceder slide, que no caso foi a tecla Page up:
Serial.println("#S|SENDK|[0&{PGUP}]#");
4.3.2 – Configuração Gobetwino com o Arduino
Como já foi mencionado anteriormente, tanto o microcontrolador Arduino com
ATmega328p quanto o Gobetwino utilizam a porta serial COM5, ou então outra porta desde
que sejam as mesmas, para entrada e saída de informação. No entanto, não é possível ter dois
dispositivos utilizando a mesma porta serial no mesmo instante, tendo em vista que o Arduino
não realiza o upload de um programa se outro dispositivo já estiver utilizando porta serial
configurada. Para que isto seja possível, é necessário realizar um procedimento de reset no
microcontrolador.
Para o processo de utilização simultânea na porta serial é necessário, primeiramente,
realizar o upload do código, tendo em vista que nenhum dispositivo esteja usando a porta
serial no mesmo instante do upload, a ser executado no Arduino, no Arduino Alpha a IDE de
programação. A figura 4.8 mostra a IDE Arduino Alpha com um trecho do código.
46
Figura 4.8 – Ilustração do IDE, com um trecho do código a ser compilado no
microcontrolador. (Fonte: Autor).
Após a realização do upload do programa, é necessário iniciar o aplicativo
Gobetwino.exe. Em seguida, é necessário pressionar o botão de reset que existe no
microcontrolador, figura 3.9.
O botão reset tem a função de recompor o microcontrolador, na qual é executado
novamente, o processo de compilação e a inicialização do programa. Quando ocorre o upload
do programa no mesmo, a porta serial COM5 fica alocada ao microcontrolador servindo de
conexão entre o Arduino e o computador. Após o upload do programa, é necessário executar
o gobetwino.exe para que o Gobetwino passe a escutar a porta serial.
Quando botão reset do microcontrolador é pressionado, ocorre uma nova execução do
programa compilado. No entanto, o software Gobetwino está, constantemente, conectado a
porta serial após a sua execução. No momento em que o botão de reset é pressionado, o
código compilado e executado, anteriormente, no Arduino, passa a ser lido e interpretado pelo
Gobetwino.
Na figura 4.9, encontra-se um diagrama esquemático que menciona o processo por
upload comum, e com o botão reset.
47
Figura 4.9 – Ilustração de um diagrama esquemático que mostra a comunicação
com o botão de reset e o upload comum. (Fonte: Autor).
4.3.3 – Ligação do sensor ao microcontrolador
Em nível de hardware, para que seja possível tabalhar o sensor infravermelho de
distância juntamente com o microcontrolador, é necessário fornecer ao sensor um canal de
energia, terra e comunicação.
O sensor SHARP GP2D120 possui três pinos de conexão. O pino 1 responsável pelo
canal de comunicação entre o sensor e o microncontrolador. O pino 2 é responsável por Terra.
O pino 3 é responsável pelo fornecimento de energia, figura 3.7. (DATASHEET)
Por se tratar de um sensor óptico, as comunicações entre o sensor e microcontrolador
são em pinos de entrada analógico do microncontrolador, as seção ANALOG IN. A relação de
fornecimento de energia e terra serão trabalhos na seção POWER.
De acordo com o DATASHEET do sensor, o sensor SHARP GP2D120 trabalha em
um faixa de tensão operacional de 4.5 a 5.5 volts. Na seção POWER existe um pino que
fornece a tensão de 5 volts (5V) e dois pinos de terra (Gnd).
48
4.3.4 – Calibração do Sensor em Programação.
Na programação do microcontrolador, ocorreu um processo de calibração do sensor
de distância tendo em vista a barreira de segurança. Como mencionado, anteriormente, essa
barreira de segurança tem o objetivo de evitar que os slides sofram alteração sem a
interferência de ninguém.
Na figura 4.10, encontra-se o código criado em linguagem Wiring utilizado para
pegar o maior valor dentre uma amostra de quinhentos (500) registros. Esse valor de
quinhentos foi escolhido para que tivesse uma amostragem completa. Com a diminuição desses
valores alguns dados esperados foram desconsiderados, tornando assim o valor de quinhentos
(500) o mais adequado. O maior valor reflete diretamente na menor distância encontrada para
a barreira de segurança.
Figura 4.10 – Ilustração da IDE da sobre o trecho do código referente a
calibração do sensor de distancia me relação a barreira de segurança. (Fonte: Autor).
49
Após obter o maior valor que fica armazenado na variável maior, ocorre também o
cálculo de um valor de segurança que equivale ao maior valor mais dez por cento (10%) do
mesmo. O valor de segurança é armazenado na variável maior_seg e este é o valor que de fato
é utilizado para limite de atuação, mencionado anteriormente. Este valor de segurança serve
para evitar que o sensor de distância encontre um valor que seja maior do que o maior valor
encontrado na amostra de quinhentos (500).
4.4 – Execução do Processo
Para que se possa executar e utilizar o protótipo do projeto, é necessário preparar o
sistema. O primeiro passo é configurar o Gobetwino, na seqüência, realizar o upload do
programa no microcontrolador e pressionar o botão reset para que o Gobetwino assuma
controle da porta serial e receba as informações do microcontrolador. Com o sistema já
preparado, já é possível utilizar o dispositivo criado para avançar ou retroceder slides.
4.4.1 – Funcionamento do Sensor junto ao LED do microcontrolador
Para que o sensor faça a leitura correta dos valores, é necessária, no momento em que
se executa o movimento, que se observe um LED acoplado a placa Arduino junto ao pino 13
da sessão digital. Esse LED é responsável por avisar ao apresentador o momento correto para
que ele possa mover a mão.
Quando o objeto ou a mão do apresentador interrompe o campo de ação do sensor, a
leitura da tensão, naquela primeira posição, é convertida e armazenada em um vetor. Após a
armazenagem desse valor, o LED, que anteriormente estava aceso, se apaga por um curto
período para que o objeto ou o apresentador realize um movimento. Em seguida, ao tempo
delimitado, o LED torna a acender indicando que o processo de leitura já se encerrou,
permitindo ao usuário retirar a mão ou objeto do campo de ação do sensor. Para a
apresentação do protótipo para a banca, é utilizado um LED verde apenas para representar o
LED da placa de forma evidente. A figura 3.9 mostra o microcontrolador com o LED junto a
porta digital 13.
50
4.4.2 – Funcionamento do sensor junto ao sistema
Primeiramente, o sensor de distância fica enviando, constantemente, um feixe
infravermelho. A partir do momento em que o feixe encontra a barreira de segurança, o feixe é
refletido no sensor, fornecendo assim um valor para o microcontrolador.
Esse valor corresponde à tensão de saída do sensor de distância. Quando o feixe
infravermelho é refletido no receptor do sensor, é gerada uma diferença de potencial (V) que é
fornecido ao microcontrolador. No entanto, esse valor recebido é convertido, digitalmente,
pelo microcontrolador. Na figura 4.11 mostra o processo de quando feixe emitido é refletido
na barreira de segurança.
Figura 4.11 – Ilustração de um feixe infravermelho saindo do sensor de distância
e sendo refletido na barreira de segurança. (Fonte: Autor).
51
O cálculo da tensão é realizado no sensor de distância e passado para o
microcontrolador, que através do código compilado nele, armazena esses valores em um vetor
numérico. Antes de o valor ser armazenado no vetor, ocorre uma validação para saber se a
tensão obtida pelo sensor é correspondente a um objeto que interrompeu a distância entre o
sensor e a barreira de segurança ou se é a tensão obtida pela reflexão do infravermelho na
barreira de segurança. Caso a tensão seja de um objeto diferente da barreira de segurança, o
valor digital é armazenado no vetor. Na figura 4.12 é ilustrada um trecho do código que
exemplifica a validação da tensão e o processo de armazenamento do valor no vetor.
Figura 4.12 – Ilustração sobre o processo de armazenagem dos valores no vetor.
(Fonte: Autor).
52
Primeiramente é calculado o valor da variável primo. Esta variável tem a função de
armazenar o primeiro valor calculado pelo sensor que equivale a um valor qualquer baseado na
reflexão do feixe infravermelho na barreira de segurança. Necessariamente, o primeiro valor
calculado será menor que o valor armazenado em maior_seg. Isto se deve ao fato de que após
a calibração do sensor, a variável maior_seg recebe o maior valor dentre os 500 valores
obtidos além da adição ao seu valor original de dez por cento (10%) do mesmo.
As condições, if(primo < maior_seg) e if(meio < maior_seg), servem unicamente,
para garantir que o sistema está funcionando. Ou seja, garantem que os valores calculados pelo
sensor são, necessariamente, menores que a distância de segurança, garantindo que nenhum
objeto se interpôs no campo entre o sensor e a barreira de segurança.
A partir do momento que se passa pelas duas condições, a estrutura de repetição
while(1) assegura que o sistema só passará para a próxima etapa se algum objeto interromper o
campo de ação. Enquanto nenhum objeto for identificado, os valores digitais das tensões são
armazenados, temporariamente, na variável ‘meio’ que em seguida é validado pela condição
if(meio > maior_seg).
Caso a valor armazenado em meio seja maior que a tensão armazenada em
maior_seg, significa que algum objeto se interpôs no campo de ação fazendo com que a
condição mostrada acima, passe a ser verdadeira e que o valor registrado na variável meio seja
alocado no primeiro espaço do vetor, sobrescrevendo qualquer valor, anteriormente
armazenado.
Quando um objeto interrompe o campo de ação em um ponto qualquer, este primeiro
ponto é o marco de início do processo de avançar ou voltar slides. Se o primeiro ponto for
mais próximo do sensor, a tendência do movimento é o sentido da barreira de segurança, caso
contrário, a tendência do movimento é na direção do sensor. Estando o objeto no meio existem
as duas possibilidades de movimento podendo avançar ou voltar slides. Na figura 4.13, é
mostrado o objeto em três posições diferentes na qual o sensor, em cada uma das etapas, está à
esquerda e a barreira de segurança à direita.
53
Figura 4.13 – Ilustração sobre o posicionamento de um objeto em três posições
diferentes e a tendência do movimento. (Fonte: Autor).
Após o primeiro valor ter sido armazenado no vetor, o objeto se locomove em uma das
direções dependendo do ponto inicial. À medida que o objeto se locomove, novos valores de
tensão são registrados pelo sensor de distância e passados, digitalmente, para o
microcontrolador. O código compilado nele, como explicado anteriormente, realiza testes e
armazena estes novos valores no vetor.
Para esse projeto e código, é adotada a opção de armazenar apenas cinco medidas
digitais de tensão no vetor. E é a partir da análise dessas cinco tensões que se decide qual é de
fato a tendência do movimento e o quê deve ser enviado ao microcontrolador para que ocorra
o processo avançar ou retroceder slides.
4.4.3 – Analise dos Valores do Vetor
Após o objeto ter se locomovido pelo campo de ação, que é o espaço entre o sensor e
a barreira de segurança, e os valores das tensões de cinco distâncias diferentes terem sido
gravadas no vetor, inicia-se o processo de análise da tendência para saber se deve avançar ou
voltar slides.
A seguir, é apresentada figura 4.14, na qual, se ilustra um trecho do código compilado
no microcontrolador, que é responsável por analisar os valores armazenados no vetor para
saber se o movimento feito pelo objeto implica em avançar ou voltar slides.
54
Figura 4.14 – Ilustração da IDE com o código responsável por analisar os
valores armazenados para tendência do movimento. (Fonte: Autor).
Para verificar se de fato o movimento do objeto implica em avançar ou voltar slides, a
lógica do código programado trabalha com flags. Essas flags têm o objetivo de armazenar um
valor unitário a partir da comparação dos valores armazenados no vetor.
Primeiramente, são utilizadas duas variáveis com a função de flags. A primeira é a
variável flag_ava, que tem a função de armazenar os valores unitários indicando que a
tendência do movimento começa com o marco inicial mais próximo do sensor e que vai se
afastando em direção à barreira de segurança. A outra variável é a flag_rec que tem a função
de armazenar os valores unitários indicando que a tendência do movimento começa com o
marco inicial mais próximo da barreira de segurança e que vai se afastando em direção ao
sensor. Estas variáveis servem para validar uma condição presente no código que tem a função
de enviar ao microcontrolador o comando correto para avançar ou voltar slides. É por meio do
acréscimo desses valores unitários que a comparação entre as flags permite ao código enviar o
comando certo de avançar ou retroceder slides.
55
O código citado anteriormente funciona a partir das comparações dos valores do
vetor entre si. Primeiramente, são utilizadas três variáveis, medidor, ct e ct2 com a função de
contadores. Esses contadores permitem que os valores armazenados neles sejam utilizados
para extrair os valores armazenados no vetor, como demonstrado na figura 4.14
Após os contadores assumirem seus valores iniciais, o código entra em uma estrutura
de repetição for(ct = 0; ct < 6; ct++) que serve para analisar várias vezes os valores
armazenados no vetor.
A primeira análise consiste em comparar o valor armazenado no primeiro campo do
vetor com o valor do segundo campo. Se o valor do primeiro campo do vetor for maior que o
valor do segundo campo, visto no trecho if(vetor[medidor] >= vetor[ct]), é um indício de que
o objeto começou o movimento mais próximo do sensor e foi se afastando. Depois de validado
isso, a variável flag_ava recebe um valor unitário evidenciando que tendência do movimento é
para avançar slides. Caso essa condição não seja confirmada, a flag_rec recebe esse valor
unitário e o processo de análise da outra condição é confirmado.
A segunda condição, if(vetor[ct] >= vetor[ct2]), tem o papel de verificar se o
primeiro campo do vetor maior que o terceiro. Tendo essa condição confirmada, a variável
flag_ava é acrescida de mais um valor unitário confirmando nesta primeira validação que o
objeto começou o movimento mais próximo do sensor de distância e foi se afastando em
direção a barreira de segurança. Caso a medida armazenada no terceiro seja menor que a do
primeiro, a condição é invalidada fazendo com que a variável flag_rec receba um valor
unitário.
Para evitar que código, após essa primeira análise, emitisse ao microcontrolador um
sinal errado são feitas também novas validações com os mesmos valores. No entanto, ao final
da passagem pela estrutura de repetição for ocorre uma mudança nos valores das variáveis,
fazendo com que na nova passagem pela estrutura de repetição, ocorra a permutação dos
valores do vetor e novas análises sejam feitas.
56
4.4.4 – Envio do comando ao Computador
Após os processos de armazenagem de tensões calculadas pelo sensor de distância no
vetor e o processo de análise e validação desses valores a fim de concretizar a tendência do
movimento inicia-se a parte final do processo. Nesta parte o microcontrolador utiliza os
valores armazenados nas flags para concluir qual foi o movimento do objeto do campo de ação
entre o sensor de distância e a barreira de segurança.
O comando, Serial.println("#S|SENDK|[PID&keystrokes to send]#"), serve para que
o microcontrolador envie um sinal para computador de modo que o software Gobetwino
intercepte esse comando, interprete-o e execute o comando necessário. A figura 4.15 mostra
um trecho do código que utiliza apenas uma estrutura de condição para identificar qual
comando deverá ser enviado para que apresentação de avance ou retroceda slides.
Figura 4.15 – Ilustração da IDE sobre o trecho do código na qual o comando é
enviado ao computador para avançar ou retroceder slides. (Fonte: Autor)
57
No código citado anteriormente, primeiramente é feita a avaliação das duas flags,
flag_ava e flag_rec. Como na etapa anterior, é utilizado o acréscimo de um valor unitário em
cada verificação, à medida que essa avaliação prossegue, as flags vão aumentando de valor ou
estagnam. Esta avaliação permite confirmar a tendência do movimento.
Na condição if(flag_ava > flag_rec) é averiguado se a análise da tendência do
movimento do objeto é voltada para a aproximação do sensor de distância ou voltada para se
afastar
do
sensor.
Caso
a
condição
seja
verdadeira,
o
comando,
Serial.printlh(“#S|SENDK|[0&{PGDN}]#”), deve ser enviado do microcontrolador para o
computador para que o software Gobewino intercepte e interprete este comando,
primeiramente, e envie para o computador um outro comando, como o Page up. Este novo
comando tem a mesma função da tecla Page up do teclado convencional. Caso a condição não
seja
verdadeira,
o
microcontrolador
deve
enviar
ao
computador
o
comando
Serial.printlh(“#S|SENDK|[0&{PGUP}]#”) que contem a função de Page down, que por sua
vez possui a mesma função da tecla Page down do teclado convencional.
As teclas Page up e Page down quando pressionados por um usuário durante uma
apresentação em Datashow permitem a mudança do slide atual. Quando a tecla Page down é
pressionada no teclado, o slide subseqüente ao atual passa a ser o atual, ou seja, ocorreu o
avanço de slides. Caso a tecla Page up tenha sido pressionada, o slide anterior ao atual passa a
ser o slide atual, ou seja, voltou o slide.
Após este três processos, o código se mantém em um loop infinito retornando a
primeira fase à espera de um novo movimento de um objeto. Esse processo de loop se deve à
estrutura de repetição void loop().
58
CAPÍTULO 5 – APLICAÇÃO DO MODELO PROPOSTO
5.1 – Aplicação do Protótipo Proposto
A aplicação do protótipo é voltada para, basicamente, dois ambientes. Estes ambientes
são tanto os ambientes acadêmicos quanto ambientes empresariais. No entanto, é mostrado,
por meio dos resultados e custos, que este protótipo se adequa melhor em um ambiente
acadêmico. O projeto é considerado válido se ao final de todo o processo, considerando desde
a calibração até o comando de avançar ou voltar slides, se o dispositivo criado realizar de fato
essa tarefa.
5.2 – Descrição da Aplicação do Protótipo
Inicialmente, um objeto, ou a própria mão do apresentador, interrompe o campo de
ação do sensor e a partir de um movimento e certa direção, é dado inicio ao processo de
calibração, análise de valores obtidos pelo sensor e a definição do comando correto para
avançar ou voltar slides.
Após a definição do comando de avançar ou voltar slides, o microcontrolador envia
um código ao computador, que ao ser interceptado pelo software Gobetwino que fica
escutando a porta serial, fica responsável por transformar este comando em um atalho de uma
tecla de teclado.
59
5.3 – Resultados do Projeto
5.3.1 – Resultados Esperados
Nos quesitos de software e hardware, é esperado que ao final do movimento, de fato,
ocorra uma mudança nos slides, tanto para avançar quanto para retroceder. O processo inicial
de o sistema ficar em aguardo, a espera de um movimento sem que haja qualquer alteração nos
slides da apresentação, é necessário e esperado. Assim como é esperado que o dispositivo
funcione no formato plug-and-play.
Também é esperado que o movimento do objeto ou da mão do apresentador não seja
sempre no mesmo lugar, permitindo um uso mais dinâmico do dispositivo.
Especificamente, em nível de software, é esperado que o software Gobetwino consiga
sempre assimilar os códigos passados pelo microcontrolador, e transmita o comando certo
para o computador. É esperado também que a apresentação, após ter sido iniciada pelo
Gobetwino, possa sofrer alterações pelo autor.
Durante o processo de análise de proposta de projeto, foi cogitada a criação de um
driver para realizar função de interpretar os códigos do microcontrolador e passar para o
computador o comando correto para mudar de slides. Durante o estudo de métodos para
criação de um driver, é encontrado o software Gobetwino que realiza, de certa forma, a função
do driver necessário. Ou seja, é esperado que o software Gobetwino exerça a função de um
driver para intermediar a conversa entre o microcontrolador e o computador.
Quanto ao hardware, é esperado que o sensor infravermelho de distância capture as
várias distâncias exatas do objeto em relação ao sensor e repassasse as informações para o
microcontrolador. É esperado que o microcontrolador, por meio do código compilado nele,
consiga assimilar os valores recebidos do sensor, analise-os e os transmitam para o
computador.
60
5.3.2 – Resultados Obtidos
O protótipo do projeto foi capaz de avançar ou voltar slides por meio do movimento
da mão ou do objeto em frente ao sensor de distância. Os dados obtidos pelo sensor
infravermelho de distância SHARP GP2D120 e passados para o microcontrolador
ATmega328P para análise e validação do mesmo foi satisfatório. No entanto, ocorreu a
necessidade de se mudar o sensor de distância do SHARP GP2Y0A02YK para SHARP
GP2D120 após uma série de testes com o código final. O software Gobetwino exerceu sua
função como esperado no código final, no entanto, em alguns testes sua leitura e transmissão
não foram satisfatórias.
Apesar de os sensores infravermelho de distância SHARP terem resolvido a questão
da leitura da distância, os valores das distâncias não foram, de fato, utilizadas. Como esperado,
o valor a ser trabalhado no código era para ser uma distância, no entanto, durante testes foi
possível verificar que o valor de saída do sensor era o valor de sua tensão digitalizada. Como
em diferentes distâncias, as tensões variavam, bastava observar o comportamento delas em
diferentes distâncias para projetar o código completo do microcontrolador. Com isso, não
houve a necessidade de utilizar a distância exata do objeto como pretendido e sim a tensão de
saída obtida pelo sensor.
Ainda em relação ao hardware, o sensor SHARP GP2Y0A02YK foi o primeiro sensor
utilizado. Este sensor possuía uma faixa de atuação variando de 20 cm a 150 cm. Para o
projeto proposto, é necessário se trabalhar com no máximo 20 cm. Por esta razão, em alguns
testes, os valores das tensões que deveriam variar em diferentes distâncias, não estavam
variando, pois os movimentos estavam sendo trabalhados a menos de 20 cm. No entanto, ao se
afastar o suficiente do sensor para o range programado para ele, ocorriam as falhas na leitura.
Para sanar estes problemas iniciais, foi proposto mudar o sensor do SHARP GP2Y0A02YK
para SHARP GP2D120. Este segundo sensor, que trabalha no intervalo de 4 cm a 30 cm,
serviu melhor as necessidades do projeto, realizando medidas mais exatas, que eram
necessárias para perfeito funcionamento do projeto.
61
O software Gobetwino é um software gratuito. No entanto, ele não é considerado um
software livre por não possuir seu código aberto. Tendo esse agravante de não poder trabalhar
no do seu código fonte, o Gobetwino possui apenas as funções prontas criadas pelo
desenvolvedor desse software. Nos testes realizados, ocorreram alguns erros de leitura, por
parte do software, estes erros ocorreram devido aos comandos enviados do microcontrolador
ao computador e interceptados pelo Gobetwino.
O Gobetwino possui uma interface gráfica que mostra a execução do código pelo
microcontrolador, na qual ele fica a espera de comandos conhecidos para executá-los. Apesar
de em alguns casos, ele ler o comando certo e não executá-lo, foi possível verificar que a falta
de um delay maior no código do microcontrolador entre o comando recebido e a necessidade
de enviá-lo ao computador, compreendia o erro. Bastou colocar um delay entre algumas linhas
do código para que ocorresse uma melhora na leitura do software.
Existe um ponto que não foi satisfeito com relação à edição da apresentação. Durante o
processo de testes, era esperado que quando a apresentação é iniciada, é possível realizar
algumas alterações, por exemplo, é possível colocar os slides em tela cheia para a
apresentação, o que a principio é satisfatório. No entanto, após iniciar o processo de avançar
ou voltar slides, não possível realizar alterações na apresentação, pois a relação de controle do
software Gobetwino sobre esta, é perdido por limitações do software. Para que seja possível
trabalhar com o dispositivo novamente, é necessário realizar as alterações desejadas na
apresentação já aberta, salvar essa apresentação, fechá-la e pressionar novamente o botão
físico de reset no microcontrolador, para que o código, anteriormente compilado, abra uma
nova apresentação já alterada e o usuário possa trabalhar novamente.
Originalmente, no código do microcontrolador, foram analizadas três distâncias para o
cálculo da tendência do movimento. Após uma serie de testes e análise dos valores obtidos
pelo sensor, foi constatado que devido a ruídos, alguns valores de tensão, durante o
movimento, oscilavam causando um desacordo com a teoria de que à medida em que a
distância aumenta a tensão diminui. Esta oscilação foi armazenada e utilizada para cálculo da
tendência do movimento e por conta dessa oscilação a tendência foi calculada de forma errada
impedindo que o slide mudasse de forma correta. Com o aumento de cinco distâncias para
cálculo da tendência, as oscilações são comparadas com mais valores aumentado a precisão e o
acerto da tendência de movimento.
62
5.3.3 – Comparação entre Resultados Esperados e Obtidos
Tanto em software quanto hardware, os resultados foram satisfatórios, pois o
protótipo, criado com o objetivo de avançar ou retroceder slides, atendeu às expectativas
propostas. Apesar da necessidade de trocar os sensores infravermelho de distância, e de não
precisar criar um driver, já que foi possível encontrar um software que, mesmo com as
limitações, possuía as funções necessárias apesar das limitações.
No sensor, os resultados esperados e os obtidos, apesar de não ter sido utilizada a
distância exata entre o objeto e o sensor e sim o valor digitalizado da tensão de saída do sensor
ao encontrar um objeto, foram os mesmos, pois no código criado no microcontrolador, apenas
a variação dos valores em diferentes distâncias permitiam que fossem feitas análises de
tendência do movimento, possibilitando o cálculo da direção do movimento e,
consequentemente, o comando correto para avançar ou retroceder slides.
No software de comunicação entre o microcontrolador e o computador, a escolha do
uso do Gobewino, ao invés da criação do driver, permitiu que o resultado esperado e o obtido
fossem os mesmos. No entanto, não era esperado, mas foi necessário abrir o aplicativo
Gobewino.exe e pressionar o botão de reset no microcontrolador para que houvesse a conexão
do Gobetwino com o microcontrolador, além de fechar a apresentação e pressionar novamente
o botão de reset caso alguma alteração física fosse feita na apresentação. Mesmo com as
limitações e de ações não esperadas, por parte do Gobetwino, os resultados foram
satisfatórios.
5.4 – Custos do Projeto
Apesar de possuir características de um projeto acadêmico, a busca para diminuir o
custo do projeto é algo necessário em todos os ambientes. No entanto, devido dispositivos que
queimaram e falta de planejamento, não foi possível construir um protótipo que fosse mais
barato do que aqueles existentes no mercado, considerando a produção de apenas um
dispositivo. Os custos do projeto foram basicamente de hardware e conectores, tendo em vista
que o software utilizado, o Gobetwino, é o um software gratuito.
63
O orçamento e custo do microcontrolador, o Arduino ATmega328P Duemilanove, foi
o mais alto do projeto. Para esse projeto foi comprado o Kit Arduino Duemilanove –
iniciantes, figura 5.1, que custa em torno de R$ 218,00. Apenas o Arduino Duemilanove com
ATmega328 custa R$ 108,00. A aquisição de outro Arduino Duemilanove foi necessária, pois
o Arduino que veio no kit queimou durante alguns testes.
Figura 5.1 – Ilustração do kit iniciante do Arduino Duemilanove. (Fonte:
http://www.multilogica-shop.com/Kit-Arduino-iniciantes).
O custo para os sensores infravermelhos de distância SHARP GP2Y0A02YK foi de R$
83,00 e para o sensor SHARP GP2D120 de R$ 82,00. Na figura 5.2 estão os sensores
respectivamente.
Figura 5.2 – Figura ilustrativa sobre o sobre os sensores infravermelhos de
distancia. Primeiramente o sensor SHARP GP2Y0A02YK e segundo SHARP GP2D120.
(Fonte: www.multilogica-shop.com/catalogo/sensores/sensores-de-dist%C3%A2ncia)
64
Para a conexão entre o microcontrolador e o sensor infravermelho de distância, é
necessário um conector JST de três pinos, figura 5.3, que custa em média R$ 6,00
Figura 5.3 – Figura ilustrativa sobre o sobre o cabo JST de três pinos para o
sensor. (Fonte: http://www.multilogica-shop.com/cabo-para-sensor-de-infravermelho)
No quadro 5.1, é comparado o preço do projeto juntamente com um produto já
existente no mercado.
Quadro 5.1 – Quadro referente ao custo do projeto juntamente com a
comparação entre o projeto e um produto do mercado. (Fonte: Autor).
Descrição do Item
Microcontrolador Arduino com
ATmega328p
Sensor Infravermelho de Distância
SHARP GP2D120
PROJETO
DESENVOLVIDO
PRODUTO
MERCADO
DO
Sensor Infravermelho de Distância
SHARP GP2Y0A02YK
Gobetwino
Kit Arduino
Conectores JST de três pinos
TOTAL DO PROJETO
Logitech Professional Presenter
R800
TOTAL DO PROJETO
Valor Unitário
(R$)
Quantidad
e
108,00
1
82,00
1
83,00
1
0,00
218,00
6,00
1
1
5
521,00
288,00
1
288,00
65
CAPÍTULO 6 – CONCLUSÃO
6.1 – Conclusões Acerca do Projeto
A experiência e oportunidade de desenvolver esse projeto foram de extrema
importância, pois permitiu ao autor agregar conhecimentos em relação a certas práticas da
engenharia. Essas práticas envolvem todo o processo de construção do projeto como o
processo de planejamento do tema, a pesquisa dos materiais necessários tanto eletrônicos
quanto teóricos e a necessidade de buscar saídas e opções para cada dificuldade. Para
desenvolver todo o processo também foram necessárias varias horas de programação e testes,
além do longo processo de escrita da monografia.
A idéia inicial do projeto foi criar um dispositivo eletrônico que auxiliasse na
apresentação de datashow alterando os slides a partir do movimento da mão em uma
determinada direção. Foi proposto o protótipo de um dispositivo para realização da função de
passar slides baseado em um microcontrolador e um sensor infravermelho de distância, sem a
necessidade de o apresentador pressionar qualquer tecla em um controle remoto ou de ter que
acessar o computador, repositório da apresentação, para mudar os slides.
Basicamente, o dispositivo consiste na captação do movimento da mão ou de um
objeto em frente a um sensor. A partir desse movimento, um código criado no
microcontrolador interpreta os valores obtidos pelo sensor, analisa a tendência do movimento
e repassa para o computador o comando para avançar ou retroceder slides.
Durante o projeto ocorreram alguns problemas com relação a leitura do sensor, e de
conexão entre o microcontrolador e o computador para passar o comando correto de avançar
ou retroceder slides. Após compilar o código no microcontrolador e utilizar o primeiro sensor
SHARP, mencionado em capítulos anteriores, foram encontrados erros de leitura e
inconsistência, por se tratar de um sensor que trabalha com um campo de ação de 20 a 150 cm
e o trabalho necessitar de apenas 3 a 20 cm. Para solucionar esse problema, foi proposto
alterar o sensor SHARP por um sensor da mesma marca mas com o campo de ação reduzido,
trabalhando com intervalo de 4 a 30 cm. Em nível de conexão entre o microcontrolador e o
66
computador foi cogitada, durante o planejamento e aprovação da proposta de projeto, a
criação de um driver que faria a função de interpretar os valores fornecidos pelo
microcontrolador e passá-los para o computador a fim de avançar ou voltar slides. Durante
algumas pesquisas foi encontrado o software Gobetwino, um software gratuito e pronto que
possui funções que se assemelham a um driver facilitando a comunicação do microcontrolador
com computador.
Os pontos que não foram satisfatórios são os relativos à questão do Gobewino
necessitar que se execute o seu aplicativo e pressione o botão de reset no microcontrolador
para que ele passe a funcionar em conjunto com o microcontrolador. Outro fato é que
qualquer alteração necessária na apresentação em slides deve ser feita, salva e fechada. Após
isso, é necessário pressionar o botão de reset no microcontrolador, novamente, para que,
novamente, o Gobetwino abra a apresentação em slides. Esse processo é necessário pois o
Gobetwino perde referência com a apresentação me slides caso alguma alteração ocorra
durante a apresentação.
Foi possível concluir nesse projeto que em relação ao custo, este projeto não é
favorável à relação custo/benefício, pois o valor total do projeto foi superior ao um produto
considerado caro dentre os existentes no mercado. No entanto, o alto custo se deve ao fato de
não se tratar de uma produção em massa.
Ao final do projeto é possível verificar que, de fato, o objetivo traçado e planejado foi
cumprido e o dispositivo funcionou de forma satisfatória.
67
6.2 – Sugestões de Futuros Projetos
Como evidenciado no dia a dia, e nesse projeto, a necessidade de dispositivos que
auxiliem na apresentação de slides buscando dinamismo e agilidade é muito alta. Em relação a
esse projeto e utilizando o mesmo conceito, é possível aprimorar as questões de conexão entre
o microcontrolador e computador, que é realizada via USB, e também a substituição do
software Gobetwino por um driver ou por um software que pode ser desenvolvido utilizando
as bibliotecas de conexão do Arduino com outras plataformas de desenvolvimento e
programação que ficam alocadas no próprio computador, eliminando assim a necessidade do
Gobetwino.
Como esse projeto busca melhorar o dinamismo nas apresentações, a substituição do
cabo USB por uma conexão sem fio, permitiria ao apresentador alocar o suporte do sistema
em qualquer lugar que lhe fosse conveniente, sem a necessidade de se preocupar com o
tamanho do cabo.
Com relação à substituição do Gobetwino, seria referente a questão dos dispositivos
plug-and-play. Esse protótipo não funciona dessa maneira, tendo a necessidade de pressionar
o botão reset do microcontrolador para que haja conexão do deste com o computador por
intermédio do Gobetwino.
68
REFERÊNCIAS
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Spectroscopy Disponível em: <miun.diva-portal.org/smash/get/diva2:1939/FULLTEXT01>
Acesso em: 24 jun.2011
ATMEL. ATmega328P Preliminary
Summary. San Jose: 2010.
1,2. Disponível em:
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8161.pdf. Acesso em: 17
abr.
2011.
AXELSON, Jan. USB Complete: The Developer‘s Guide. Madison: Lakeview Research,
2009. 506 p.
DATASHEET, GP2D120, Distance Measuring Sensor, Sharp Microelectronics of the
Americas.
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em:
<http://www.sharpsma.com/optoelectronics/sensors/distance-
measuring-sensors/GP2D120>. Acesso em: 3 jun. 2011.
DEKCEL, RF Wireless Laser Pointer Presentation Device with Page Up/Down Function
(Black) – 2011. Disponível em: < http://www.dekcell.com/product-cpa_1384_black-3518.html
>. Acesso em: 3 jun. 2011.
FRAUENFELDER, Mark – Make: Technology on Your Time. Volume 5. O'Reilly Media,
Inc., 2006 - 224 páginas
GOBETWINO, Gobetwino – 2011. Disponível em: http://www.mikmo.dk/gobetwino.html.
Acesso em: 18 abr. 2011
LOGICTECH,
Logitech
Professional
Presenter
R800
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2011.
Disponível
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em: 3 jun. 2011
em:
Acesso
69
MONTEIRO, Mário A. Introdução à Organização de computadores. Rio de Janeiro: Editora
LTC, 2002. 4 ª edição. 215 p. (qnt de paginas)
NICOLOSI, Denys. Microcontrolador 8051 Detalhado. 4ª edição. São Paulo: Editora Érica,
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REAS, Casey; FRY, Ben. Getting Started with Processing. 1ª edição. Sebastopol: O‘Reilly
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RESET GOBETWINO, Using Gobetwino to Control Windows through Arduino – Electronics
– 2010 – Disponível em:
<https://sites.google.com/a/divinechildhighschool.org/electronics/Home/ArduinoLessons/using-gobetwino-to-control-windows-through-arduino>. Acesso em: 3 jun. 2011>.
SCRIMGER, Rob; LASALLE, Paul; PARIHAR, Mridula. TCP/IP - A BIBLIA. Editora Gulf
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Disponível em:
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SENSORS TRIANGULATION – Triangulation Sensors – 2011. Disponível em:
http://archives.sensorsmag.com/articles/0598/tri0598/. Acesso em: 24 jun. 2011.
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WIRING, Wiring. Disponível em: < http://wiring.org.co/reference/ >. Acesso em: 23 jun.
2011.
70
APÊNDICE A – Código armazenado no microcontrolador
int pin = 0; // pin de saida do sensor
int maior=0; // inteiro para calibragem
int primeiro=0; //inteiro para calibragem
int ct=0; //inteiro para calibragem
int vetor[10]; // vetor que armazena os informaçoes do sensor a fim de traçar a direcao da mao
int medidor=0; // caminha pelo vetor
int medidor_2=0;// armazena medidor para uso no for
int meio=0; //intermediar os ifs
int primo=0; //primeiro valor
int maior_seg=0;//maior + maior * 0,1
int flag_ava =0;//flag para saber se ao final avanca slides
int flag_rec=0;//flag para saber se ao final recua slides
int ct_2=2;//contador para valores do vetor
void setup(){
Serial.begin(9600);//Inicia Serial
delay(1000);//Atraso de 1 segundo
pinMode(13, OUTPUT);//Seta pino treze para receber comando de "write"
delay(500);//Atraso de 0,5 segundos
//While responsavel por guardar a maior distancia a fim de calibrar o sensor(inicio)
while(ct!=500){ //Estrutura de repetiçao enquanto diferente de 500
primeiro = analogRead(pin);//Aloca valor lido pelo sensor no pino 0 em primeiro
71
if (primeiro > maior)//Estrutura de condiçao se primeiro maior que maior
{
maior=primeiro;//Aloca valor de primeiro em maior
}
ct=ct+1;//Ct é incrementado por 1 a cada passada pelo while
}
maior_seg=(maior * 1.1); //Aloca em maior_seg o valor de maior * 1,1
//While responsavel por guardar a maior distancia a fim de calibrar o sensor(fim)
delay(1000);//Atraso de 1 segundo
digitalWrite(13, HIGH); //força o pino 13 a acender
delay(1000);//Atraso de 1 segundo
digitalWrite(13, LOW); //força o pino 13 a apagar
delay(3000);//Atraso de 3 segundos
Serial.println("#S|ABREPPT|[]#");//Abre PPT
}
void loop(){
digitalWrite(13, HIGH);//força o pino 13 a acender
primo=analogRead(pin);//Aloca valor lido pelo sensor no pino 0 em primo
delay(100);//Atraso de 0,5 segundos
if (primo < maior_seg)//Estrutura de condiçao se primo menor que maior_seg
{
Serial.println("Em espera");//Imprime "Em Espera"
meio=analogRead(pin);//Aloca valor lido pelo sensor no pino 0 em meio
if(meio < maior_seg)//Estrutura de condiçao se meio menor que maior_seg
{
72
while(1)//Estrutura de repetição infinita ate quebra "break"
{
meio=analogRead(pin);//Aloca valor lido pelo sensor no pino 0 em meio
delay(500);//Atraso de 0,5 segundos
if(meio > maior_seg)//Estrutura de condiçao se maior maior que maior_seg
{
digitalWrite(13, LOW);//força o pino 13 a apagar
Serial.println("***************************************");//validador
vetor[medidor] = meio;//Aloca valor meio no vetor
medidor=medidor+1;//incrementa medidor por 1
Serial.println(meio);
Serial.println(medidor);//validador
if(medidor == 5)//Estrutura de condiçao se medidor = 3
{
digitalWrite(13, HIGH);//força o pino 13 a acender
break;//Sai do While
}
}
}
}
}
Serial.println("saiu"); //validador
delay(500);//Atraso de 0,5 segundos
Serial.println("valores do vetor"); //validador
medidor=0;//Seta 0 a variavel medidot
ct=0;//Seta 0 a variavel ct
73
for(ct=1;ct < 6 ; ct++)//Estrutura de Repetiçao for enquanto ct menor que 4
{
if(vetor[medidor] >= vetor[ct])//Estrutura de condiçao se valor de vetor em um espaço de
memoria é maior do que em outro
{
flag_ava= flag_ava + 1;//incrementa ct_2 por 1
}
else //senao
{
flag_rec=flag_rec+1;//incrementa ct_2 por 1
}
if(vetor[ct] >= vetor[ct_2])//Estrutura de condiçao se valor de vetor em um espaço de
memoria é maior do que em outro
{
flag_ava= flag_ava + 1;//incrementa ct_2 por 1
}
else//senao
{
flag_rec=flag_rec+1;//incrementa ct_2 por 1
}
ct_2=ct_2+1;//incrementa ct_2 por 1
}
delay(100);//Atraso de 0,1 segundos
if(flag_ava > flag_rec)//Estrutura de condiçao se flag_ava maior que flag_rec
{
Serial.println("AVANÇAR");//Imprime "avanca"
74
Serial.println(flag_ava);
delay(300);//Atraso de 0,3 segundos
Serial.println("#S|SENDK|[0&{PGDN}]#");//comando para avancar slides
flag_ava =0;//Seta 0 a variavel flag_ava
flag_rec=0;//Seta 0 a variavel flag_rec
}
else{//senao
Serial.println("RECUA");//Imprime "RECUA"
Serial.println(flag_rec);
delay(100);//Atraso de 0,3 segundos
Serial.println("#S|SENDK|[0&{PGUP}]#");//comando para voltar slides
flag_ava =0;//Seta 0 a variavel flag_ava
flag_rec=0;//Seta 0 a variavel flag_rec
}
delay(500);//Atraso de 0,5 segundos
ct_2=2;//Seta 2 a variavel ct_2
}
75
APÊNDICE B – Código armazenado no microcontrolador para a banca
int pin = 0; // pin de saída do sensor
int maior=0; // inteiro para calibragem
int primeiro=0; //inteiro para calibragem
int ct=0; //inteiro para calibragem
int vetor[10]; // vetor que armazena as informações do sensor a fim de traçar a
direção da mão
int medidor=0; // caminha pelo vetor
int medidor_2=0;// armazena medidor para uso no for
int meio=0; //intermediar os ifs
int primo=0; //primeiro valor
int maior_seg=0;//maior + maior * 0,1
int flag_ava =0;//flag para saber se ao final avança slides
int flag_rec=0;//flag para saber se ao final recua slides
int ct_2=2;//contador para valores do vetor
void setup(){
Serial.begin(9600);//Inicia Serial
delay(1000);//Atraso de 1 segundo
pinMode(13, OUTPUT);//Seta pino treze para receber comando de "write"
delay(500);//Atraso de 0,5 segundos
//While responsável por guardar a maior distancia a fim de calibrar o sensor(inicio)
while(ct!=500){ //Estrutura de repetição enquanto diferente de 500
76
primeiro = analogRead(pin);//Aloca valor lido pelo sensor no pino 0 em primeiro
if (primeiro > maior)//Estrutura de condição se primeiro maior que maior
{
maior=primeiro;//Aloca valor de primeiro em maior
}
ct=ct+1;//Ct é incrementado por 1 a cada passada pelo while
}
maior_seg=(maior * 1.1); //Aloca em maior_seg o valor de maior * 1,1
//While responsável por guardar a maior distancia a fim de calibrar o sensor(fim)
delay(1000);//Atraso de 1 segundo
digitalWrite(13, HIGH); //força o pino 13 a acender
delay(1000);//Atraso de 1 segundo
digitalWrite(13, LOW); //força o pino 13 a apagar
delay(1000);//Atraso de 3 segundos
Serial.println("#S|ABREPPT|[]#");//Abre PPT
}
void loop(){
digitalWrite(13, HIGH);//força o pino 13 a acender
primo=analogRead(pin);//Aloca valor lido pelo sensor no pino 0 em primo
delay(100);//Atraso de 0,5 segundos
if (primo < maior_seg)//Estrutura de condição se primo menor que maior_seg
{
Serial.println("Em espera");//Imprime "Em Espera"
meio=analogRead(pin);//Aloca valor lido pelo sensor no pino 0 em meio
if(meio < maior_seg)//Estrutura de condição se meio menor que maior_seg
77
{
while(1)//Estrutura de repetição infinita ate quebra "break"
{
meio=analogRead(pin);//Aloca valor lido pelo sensor no pino 0 em meio
delay(200);//Atraso de 0,5 segundos
if(meio > maior_seg)//Estrutura de condição se maior maior que maior_seg
{
digitalWrite(13, LOW);//força o pino 13 a apagar
//Serial.println("***************************************");//validador
vetor[medidor] = meio;//Aloca valor meio no vetor
medidor=medidor+1;//incrementa medidor por 1
//Serial.println(meio);
//Serial.println(medidor);//validador
if(medidor == 5)//Estrutura de condição se medidor = 3
{
digitalWrite(13, HIGH);//força o pino 13 a acender
break;//Sai do While
}
}
}
}
}
//Serial.println("saiu"); //validador
delay(300);//Atraso de 0,5 segundos
//Serial.println("valores do vetor"); //validador
medidor=0;//Seta 0 a variável medidor
78
ct=0;//Seta 0 a variável ct
for(ct=1;ct < 6 ; ct++)//Estrutura de Repetição for enquanto ct menor que 4
{
if(vetor[medidor] >= vetor[ct])//Estrutura de condição se valor de vetor em um
espaço de memória é maior do que em outro
{
flag_ava= flag_ava + 1;//incrementa flag_ava por 1
}
else //senão
{
flag_rec=flag_rec+1;//incrementa flag_rec por 1
}
if(vetor[ct] >= vetor[ct_2])//Estrutura de condição se valor de vetor em um
espaço de memória é maior do que em outro
{
flag_ava= flag_ava + 1;//incrementa flag_ava por 1
}
else//senão
{
flag_rec=flag_rec+1;//incrementa flag_rec por 1
}
ct_2=ct_2+1;//incrementa ct_2 por 1
}
delay(100);//Atraso de 0,1 segundos
if(flag_ava > flag_rec)//Estrutura de condição se flag_ava maior que flag_rec
{
79
//Serial.println("AVANÇAR");//Imprime "avança"
//Serial.println(flag_ava);
delay(100);//Atraso de 0,3 segundos
Serial.println("#S|SENDK|[0&{PGDN}]#");//comando para avançar slides
flag_ava =0;//Seta 0 a variável flag_ava
flag_rec=0;//Seta 0 a variável flag_rec
}
else{//senao
//Serial.println("RECUA");//Imprime "RECUA"
//Serial.println(flag_rec);
delay(100);//Atraso de 0,3 segundos
Serial.println("#S|SENDK|[0&{PGUP}]#");//comando para voltar slides
flag_ava =0;//Seta 0 a variável flag_ava
flag_rec=0;//Seta 0 a variável flag_rec
}
delay(500);//Atraso de 0,5 segundos
ct_2=2;//Seta 2 a variável ct_2
}